1、酶工程在制药领域的应用胡文朝阳 广播 电视大 学 辽宁 1 2 2 0 0 0摘要:随着科学技术的不断发展 , 酶工程技术在工业领域的应用会越来越广泛 , 本文主要探讨了酶工程在制药领域的应用。关键字:酶工程 制药 应用中图分类号: K826.16 文献标识码: A 文章编号:酶工 程技术 是现代 生物技 术发展 的重要 成果, 其在制 药领域 的应用 比较广泛 。 酶作为生物催化剂普遍存在于动植物和微生物之中 , 可直接从生物体中分离获得 、 虽然也可以通过化学合成法合成 , 但由于各种因素的限制 , 目前药用酶的生产主要是直接从动植物中提取 、 纯化和利用微生物发酵生产 。 早期酶的生产多
2、以动植物为原料 , 经提取纯化而得 , 接至至今有些酶仍然还用此法生产 , 如从猪顿严腺中提取激肪释放两 、 从菠萝中提取菠萝蛋自酶等 、 但随着酶制剂应用范围的日益扩 大,单纯依赖动 植物来源的酶,不 小能满足要求 . 而几动植 物原料的生长周期长 、 来源有限 , 又受地理 、 气候和季节等因素的影响 , 不宜于大规模生产 、近十多年来 , 动植物细胞培养技术取得了很大的进步 , 但因周期长 、 成本高等问题 , 实际应用还有一定困难 , 所以目前工业大规模生产一般都以微小物为主要来源。一、酶的提取水溶液法常用稀盐溶液或缓冲液提取、经过预处理的原料,包括组织糜 、 匀浆 、 细胞颗粒以及丙
3、酮粉等 , 都可用水溶液抽提 。 为了数量和种类上不同材料却有很大的差别 , 组织中酶的总量虽然小少 、 仅各种酶的含量却非常少 、 从己有的资料看 ,个别酶的 含量在 0.01%1%。因此 在提取酶时 应根据各种 酶的分布特点和存在特性选择适宜的生物材料 - 防 巨提取过程中酶活力降低 , 一般在低温下操作 : 但对温度耐受性较高的酶 ( 如超氧化物歧化酶 ) , 却应提高温度 , 以使杂蛋白变性,利于酶的提取和纯化。水溶液的 P H 选择对提取也很重要 , 应考虑的因素有 : 酶的稳定性 、 酶的溶解度、酶与其他物质结合。性质、选择 pH 的总原则是 : 在酶稳定的 pH 范围内 , 选择
4、偏离等电点的适当 P H。有机溶剂法某些结合酶,如微粒体和线粒体膜的酶,由于和脂质牢固结合 , 用水溶液很难提取 , 为此必须除去结合的脂质 , 且小能使酶变性,最常用的有机溶剂是丁醇。丁醇具有下述性能 : 亲脂性强 , 特别是亲磷脂的能力较强 : 兼具亲水性 , 0 时在水中的溶解度为 10.5%: 在脂与水分子间能起表面活性剂的桥梁作用。用丁醇提 取方法有两种, 一种是均相法 : 用丁醇提 取组织的匀浆然 后离心,取下相层 ,但多酶在与脂质 外离后极不稳定 ,需加注意、另一 种是二相法 : 在每克组织或 曲体的干粉中加 5m 1 丁醇,搅 拌 20mm , 离心,取 沉淀,接着用丙酮 洗去
5、沉淀上的丁醇,再在真空中除去溶剂,所得干粉可进一步用水提取。二、酶工程在中药提取中的应用现代酶工程具有技术先进、投资小、工艺简单、能耗粮耗低、产品收率高 、效率高 、 效益大和污染小等优点 , 成为化学 、 医药工业应用方面的主力军 。 以往采用化学合成 、 微生物发酵及生物材料提取等传统技术生产的药品 , 皆可通过现代酶工程生产。1 、用于中药有效成分的提取酶提取的原理是利用酶反应的高度专一性,将细胞壁组成成分水解或降解,破坏细胞壁 , 从而提高有效成分的提取率 。 选用恰当的酶 , 无需高温即可将影响液体制剂的杂质如淀粉、蛋白质、果胶等分解去除,较温和地分解植物组织 , 加速有效成分的释放
6、提取 , 也可促使某些水溶性不好的成分转化为糖有等易溶于水的成分,有利于提取,生物催化活性专一。将金银花以乙醇回流提取前 , 用纤维素酶和果胶酶分别或联合处理 。 结果表明采用纤维素酶处理能显著提高金银花提取物中绿原酸得率 ( 8.15g/100g),最适温 度4050 ,且酶用 量和处理时间对 绿原酸得率有显著 影响 ; 联合处理 对绿原酸得率影响不明显,但能显著提高提取物得率。为提高黄芪有效成分的提取率 , 在 pH 4.5-6.0,温度 40-60 的条件下 , 于常规水提前分别采用 0.3%0.4%和 0.5%的纤维素酶进行预处理 。 结果表明 , 以不同浓度纤维素酶预处理后 , 黄芪
7、多糖的收率均比水提法增加了 3 倍以上 , 黄芪甲茸的收率均达水提法的 1.5 倍。2 、用于提取液的精制中药水提液含有多种类型的杂质 , 如淀粉 、 蛋白质 、 蹂质 、 果胶等 。 采用常规提取法时 , 煎煮过程中药材里的蛋白质遇热凝固 、 淀粉糊化 , 影响有效成分煎出 , 分离困难 。 针对中药水提液中所含的杂质类型 , 采用相应酶将其降解为小分了物质或分解除去 , 可解决上述问题 , 并改善中药日服液 、 药酒等液体制剂的澄清度,提高成品质量。在中药补骨脂的提取过程中,含量丰富的蛋白质在煎煮过程中会遇热凝固 。也采用木瓜蛋白酶 , 将蛋白质水解成多肤及氨基酸 。 总氮量和磷脂含量比普
8、通煎煮法分别提高了 2 倍和 4 倍 , 补骨脂素 、 异补骨脂素含量提高了 1 倍 。 结果显示 ,酶解可促进磷脂的溶出,而磷脂对补骨脂素、异补骨脂素亦有增溶作用。在动物药的提取中 , 由于干燥后的药材质地坚硬 , 传统方法难以浸出 。 采用碱法提取海参中多糖蛋白质成分时 , 多糖得率仅为鲜品海参的 0.06%, 采用胃胰蛋白酶提取得的海参多糖则为鲜品的 1.45%至 1.61%。3 、与其它技术结合用于中药有效成分的提取新的强化提取技术 , 如微波 、 超声波和超临界技术等也广泛应用于中药的有效成分提取,酶工程与上述技术结合,也已取得了显著成效。灵芝多糖具有抗肿瘤作用 , 并能提高机体免疫
9、力 、 消除机体内自由基 、 提高肝脏的解毒功能 。 但从灵芝了实体中提取多糖传统提取方法难以解决 , 研究了冷冻协同酶法或超声波协同酶法的提取效果 。 结果表明 , 上述两法比常用的碱溶法提取率分别提高了 21%和 30%。三、应用酶工程生产抗生素应用酶工程可以制 备 6 - A P A 青霉素酰化酶 ,7-AC A 头孢菌素酰化酶 、头孢菌素 I V 头孢菌素 酰化酶 、 7-ADC A 青霉素酰 化酶 、脱乙酸 头孢菌素仁头孢 菌素乙 酸 a 酶 , 近年来还进行固定化产黄青霉 ( 青霉素合成酶系 ) 细胞生产青霉素的研究,合成青霉素和头孢菌素前体物的最新工艺也采用酶工程的方法。四、应用
10、酶工程生产核苷酸类药物腺啤呤核苷酸 ( AMP ) 由产蛋白假丝酵母菌体用热水提取核酸 , 再经核酸酶水解制得。脱氧核苷酸由鱼白提取脱氧核糖核酸 ( DNA) 后 . 经五磷酸二醋酶解制得 。先由富含核酸的动植物 ( 花粉等 ) 提取核糖核酸 ( KNA) ,再用五磷酸二醋酶酶解为磷酸腺苷 ( AMP ) 、磷酸胞营 ( C MP ) 、磷酸尿普 ( UMP ) 及磷酸鸟普 ( GMP ) 制得混合核什酸 。 肌苷酸由腺苷脱氨酶制得 。 ATP 和 AMP 分别由氨甲酞磷酸激酶 、 激酶加乙酸激酶制得。五、酶工程在中药活性成分转化中的应用能通过工业化生产获得复杂结构的单一天然活性产物是研究者追
11、求的目标 ,但天然化 合物结构复杂, , 常有多个 不对称碳原子, 合成难度大。酶工 程技术为获得此类化合物提供了新途径 。 利用酶作为生物催化剂 , 可对中药化学成分进行生物转化 , 修饰其结构或活性位点 , 从而获得新活性化合物 。 同时 , 酶催化反应具有反应选择性强 ( 立体选择性和区域选择性 ) 、 条件温和目副产物少 、 不造成环境污染及后处理简单等优点。1 、对中药成分进行结构修饰部分中药有效成分的水溶性或稳定性不佳 , 或不良反应大 , 影响应用 。 可对它们进行结构转化 , 从而改善性质 。 葛根素是葛根中含量最丰富的异黄酮 , 也是其主要有效成分。葛根素水溶性差,故不能通过
12、注射给药。为提高其水溶性 , 利用多种酶进行结构改造 。 试验发现来源于嗜热脂肪芽抱杆菌的麦芽糖淀粉酶最有效,得到 两种主要产物 : - D- 葡萄糖基 - 葛根素和 - D- 麦芽糖基 - 葛根素, 溶解度分别为葛根素的 14 和 168倍。2 、寻找新的天然活性先导化合物以多种不同催化功能的酶体系对中药化学成分进行生物转化 , 可产生新的天然化合物库 , 再与药理筛选相结合 , 有望从中找到新的高活性低毒性的天然先导化合物。六、 结语酶工程作为现代生物技术的重要组成部分 , 其使用价值不言而喻 。 在酶工程技术的使用过程中 , 我们应该特别重视酶工程在中药提取中的应用和酶工程在中药活性成分
13、转化中的应用,提高中药研制过程中的提取和转化水平。参考文献 1 李炜炜 , 陆启玉 . 酶工程在食品领域的应用研究进展 J . 粮油食品科技 , 2008,( 03) . 2 何进武 , 黄惠华 . 酶工程在酿酒工业中的应用 J . 酿酒 , 2007,( 03) . 3 熊吉敏 , 武晋娴 . 酶工程的新研究及应用进展 J . 科技信息 , 2008,( 26) . 4 陈红霞 . 酶工程在医药工业中的应用 J . 化学与生物工程 , 2005,( 10). 5 韩斌 , 张林丰 . 现代生物化工中酶工程技术研究与应用 J . 北京农业 , 2008,( 33) .酶工程在制药领域的应用作者: 胡文作者单位: 朝阳广播电视大学刊名: 城市建设英文刊名: Chengshi Jianshe yu Shangye Wangdian年,卷(期): 2012(22)本文链接:http:/